七葉樹葉片營養(yǎng)與立地土壤狀況的相關(guān)性分析

張建旗，趙峰，黃蓉，程曉月

(蘭州市園林科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730070)

葉片是樹木的營養(yǎng)器官，是樹木生命活動所需能量的主要來源之一；葉片中營養(yǎng)元素含量會對葉片的健康造成影響，與整個樹體健康狀態(tài)密切相關(guān)。土壤是城市園林植物生長的介質(zhì)和養(yǎng)分供應(yīng)者，是影響行道樹生長的重要環(huán)境因子，其質(zhì)量的好壞直接影響園林植物能否健康生長[1-2]。因此，研究城市園林樹木營養(yǎng)狀況是建設(shè)國家園林城市的重要內(nèi)容。南京、上海、深圳、哈爾濱、沈陽等地的科研工作者對本地區(qū)城市土壤(多為城市綠地和工業(yè)污染區(qū))進(jìn)行了實地監(jiān)測，對城市土壤的特性、分類、污染狀況等進(jìn)行了研究，城市土壤對樹木生長的影響等也有大量的研究報道[3]。蘭州市對果樹葉片營養(yǎng)和土壤養(yǎng)分的相關(guān)性有報道[4]，但對園林樹木土壤和葉片養(yǎng)分關(guān)系的研究才剛剛起步，報道較少。

七葉樹(Aesculushippocastanum)屬于七葉樹科七葉樹屬，是世界著名的行道樹種之一。樹體高大雄偉，樹干挺拔，樹冠寬闊，綠蔭濃密，樹形優(yōu)美，花大秀麗，果形奇特，是觀葉觀花觀果不可多得的樹種。在園林配置上，最適宜作為遮陰樹及行道樹，可在建筑前對植、路邊列植、或孤植、叢植于山坡、草地[5-6]?，F(xiàn)歐美、日本等地將七葉樹作為行道樹、庭蔭樹廣泛栽培[7]。在蘭州市主城區(qū)七葉樹主要用于行道樹栽植，故本文對七葉樹葉片營養(yǎng)和立地土壤狀況相關(guān)因子進(jìn)行分析，以期為蘭州市七葉樹的健康生長、合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

蘭州市主城區(qū)(城關(guān)、七里河、西固、安寧區(qū))地理坐標(biāo)N 35°50′～36°55′，E 103°19′～103°59′，面積1 112.20 km2。市區(qū)海拔平均為1 520 m。屬溫帶干旱氣候，干燥少雨，年均氣溫9.8℃，極端最高溫39.8℃，極端最低溫-19.7℃，氣溫平均日較差12.9℃，年較差29.1℃，≥10℃的積溫為3 242.0℃，年均降水量311.7 mm，年最大降水量546.7 mm，最小降水量155.3 mm，降水主要集中在6～9月，占全年降水量的60%以上，全年日照時數(shù)平均2 446 h，年蒸發(fā)量1 600 mm，為年降水量的4～6倍，年相對濕度58%；無霜期185～200 d，最大凍土層1.2 m。主要土壤類型為黃綿土和淡灰鈣土[8]。

1.2 材料的采集

選取主城區(qū)內(nèi)行道樹中可以代表蘭州市七葉樹生長現(xiàn)狀且樹齡10年左右的植株(表1)，于夏季(2016年7月)和秋季(2016年10月)在同一時間段利用高枝剪和土鉆分別對每棵樹的葉片和立地土壤進(jìn)行采集，每個區(qū)隨機(jī)選取1個街道進(jìn)行取樣，每個街道取6個樣點，樣點之間間隔15 m，共24棵樹。葉片主要從樹冠外圍東、西、南、北方向采集，各取外圍的新梢中部健康葉片(生長正常，無病蟲害)100片左右，裝入自封袋，編號后放入保鮮盒，及時帶回試驗室放入5℃冰箱中保存；土壤在離根際20～40 cm處，采集0～60 cm土層深度的土樣，每個樹穴重復(fù)3次，樣品混合裝入自封袋，編號后帶回試驗室備用。

表1 調(diào)查樹種的基本情況與調(diào)查地點

1.3 樣品處理

葉片經(jīng)清水、蒸餾水沖洗后用濾紙吸干表面水分，及時測定葉片相對含水量(RWC)；其余葉片放入105℃鼓風(fēng)烘箱中殺青20 min，然后在75℃下烘干至恒重，粉碎后置于滅菌后的玻璃瓶中。土壤經(jīng)自然風(fēng)干去雜質(zhì)后，研細(xì)分別過1 mm和0.25 mm孔徑的篩子，裝入信封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 測定方法

葉片相對含水量采用稱重法；葉綠素利用SPAD-502Plus便攜式葉綠素測定儀測定；全N采用H2SO4混合加速劑—蒸餾法；全P采用鉬銻抗比色法；全K采用火焰光度計法；全Ca和全Mg采用干灰化—原子吸收分光光度法；全Cu和全Fe采用原子吸收分光光度法[9-12]。

土壤pH值、有機(jī)質(zhì)(OM)、有效P、速效K、水解N、交換性Ca、交換性Mg、有效Fe和有效Cu含量參照文獻(xiàn)[9-12]的方法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和處理，分季節(jié)分析各項指標(biāo)(4個區(qū)的平均值)，并運用SPSS 17軟件和Pearson法進(jìn)行葉片和立地土壤之間的相關(guān)性分析。依據(jù)全國第二次土壤普查技術(shù)規(guī)程[13-14]對土壤狀況進(jìn)行分級(表2)。

表2 土壤養(yǎng)分等級分級標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片營養(yǎng)含量分析

不同季節(jié)葉片營養(yǎng)元素含量不盡相同，隨著生長季節(jié)的變化而變化，并存在著一定的差異(表3)。葉片所含的各種礦質(zhì)營養(yǎng)元素中含量最高的是全N(29.39 g/kg)，其后依次為全K、全Ca、全P、全Mg和全Fe，最少的是Cu(表3)。葉片相對含水量、葉綠素、全N、全P、全K和全Cu含量均為夏季>秋季，夏季比秋季分別高出5.67%、10.10%、5.48%、8.18%、7.26%和13.16%；葉片中全Ca、全Mg和全Fe含量秋季略高于夏季，分別高出6.75%、0.65%和1.39%。

表3 葉片營養(yǎng)含量

2.2 土壤狀況分析

夏季和秋季土壤pH值平均在8.5以上，且調(diào)查區(qū)域內(nèi)秋季土壤pH值、水解N、交換性Ca、交換性Mg和有效Cu含量明顯高于夏季，尤其是交換性Ca含量，秋季比夏季高353.84 mg/kg；其余指標(biāo)則相反，夏季>秋季，但變化幅度不大(表4)。整體上，蘭州市土壤偏堿性，有機(jī)質(zhì)的含量較低。蘭州市土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和水解N含量屬于四級土壤，速效P、速效K和交換性Ca含量屬于一級土壤，土壤交換性Mg、有效Cu和有效Fe含量屬于三級(表4)。

表4 土壤各指標(biāo)含量

2.3 葉片與土壤各指標(biāo)相關(guān)性分析

2.3.1 夏季葉片與土壤各指標(biāo)間相關(guān)性分析 葉片相對含水量與土壤速效P和速效K含量呈正相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量呈負(fù)相關(guān)，且與土壤交換性Ca含量顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.541。葉片葉綠素含量與土壤速效K、有效Cu和有效Fe含量呈正相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量負(fù)相關(guān)，且與土壤有效Cu和有效Fe含量顯著正相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.585和0.586。葉片中全N、全P和全K含量均與土壤交換性Ca含量極顯著(P<0.01)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.652、0.692和0.671，與土壤交換性Mg含量顯著正相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.607、0.559和0.641；并且葉片中全N和全K含量與土壤速效N和土壤速效K含量負(fù)相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量呈正相關(guān)；葉片全P含量與土壤中各養(yǎng)分含量均呈正相關(guān)，但相關(guān)性均不顯著。葉片中全Ca含量與土壤有機(jī)質(zhì)、交換性Ca和交換性Mg含量呈負(fù)相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量呈正相關(guān)，相關(guān)性不顯著。葉片中全Mg含量與土壤有機(jī)質(zhì)、速效N和速效P含量呈負(fù)相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量呈正相關(guān)，相關(guān)性未達(dá)到顯著水平。葉片中全Cu含量與土壤交換性Mg和有效Fe含量呈正相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量呈負(fù)相關(guān)，且與速效N、P含量負(fù)相關(guān)性顯著(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.511和-0.532；葉片中全Fe含量與土壤pH值和速效N、P、K含量呈負(fù)相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量正相關(guān)，相關(guān)性均不顯著(表5)。

表5 夏季葉片營養(yǎng)與土壤各指標(biāo)間相關(guān)性

2.3.2 秋季葉片營養(yǎng)與土壤各指標(biāo)間相關(guān)性分析 葉片相對含水量與土壤pH值、速效P、有效Cu和有效Fe含量呈負(fù)相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量呈正相關(guān)，相關(guān)性不顯著。葉片葉綠素含量與土壤pH值和交換性Mg含量呈負(fù)相關(guān)，與其他元素含量正相關(guān)，相關(guān)性不顯著。葉片全N和全P含量均與土壤pH值和速效N含量負(fù)相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量均呈正相關(guān)，但相關(guān)性也不顯著。葉片全K和交換性Mg含量除了與土壤pH值負(fù)相關(guān)外，與其他元素含量均呈正相關(guān)。葉片交換性Ca含量與土壤pH值、速效K、有效Cu和有效Fe含量呈負(fù)相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量呈正相關(guān)，且與速效N含量正相關(guān)性顯著(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)0.769；葉片中有效Cu含量與土壤pH值、交換性Mg和有效Fe含量呈正相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性不顯著。葉片有效Fe含量與土壤pH值、速效P和有效Fe含量呈負(fù)相關(guān)，與其他養(yǎng)分含量正相關(guān)，相關(guān)性均不顯著(表6)。

表6 秋季葉片營養(yǎng)與土壤各指標(biāo)間相關(guān)性

3 討論

植物種(或生態(tài)類型)在生理上對某種元素的需求是基本恒定的，其在葉內(nèi)含量上的差異主要是由環(huán)境條件、養(yǎng)分供應(yīng)水平和其他管理技術(shù)所造成的[15-16]。葉片作為有機(jī)物的合成場所，是代謝活動最活躍的器官，其營養(yǎng)元素含量和變化不僅可以反映植物代謝的類型，也可以揭示礦質(zhì)元素的吸收和積累的狀況[17-19]。因此，把葉片作為診斷器官進(jìn)行分析可以判斷植株的養(yǎng)分狀況，特別是植株處于潛在養(yǎng)分失調(diào)狀態(tài)，葉片或其他器官尚未出現(xiàn)不良癥狀時，通過葉片分析指導(dǎo)施肥，可防止樹體不良癥狀的發(fā)生。本研究表明，七葉樹葉片各營養(yǎng)元素含量夏季均高于秋季，這是因為葉是植物進(jìn)行光合作用的主要器官，在各營養(yǎng)器官中生理機(jī)能最活躍，夏季光合作用強，因此營養(yǎng)元素含量高，這與吳家森等研究結(jié)果類似[20]；七葉樹葉片所含的各種營養(yǎng)元素中含量最高的是全N，其后依次為全K、全Ca、全P、全Mg和全Fe，最少的是Cu，這與黃開順等的研究結(jié)果一致[21]。

土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，是植物營養(yǎng)的主要來源，是不斷地供應(yīng)和協(xié)調(diào)植物生長發(fā)育所必需的水分、養(yǎng)分、空氣、熱量和其他生活必需條件的載體，具有一定的肥力，為植物提供養(yǎng)分和水分，同時也作為植物根系伸展、固持的介質(zhì)。城市中的落葉、殘枝作為垃圾被清除，造成土壤營養(yǎng)循環(huán)中斷，基本上沒有養(yǎng)分補給，土壤養(yǎng)分含量較低[22]。有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，雖然有機(jī)質(zhì)含量只占土壤總量的很小一部分，但它在土壤肥力上起著多方面的作用[23]。土壤有機(jī)質(zhì)的含量與土壤肥力呈正相關(guān)，在很大程度上影響著土壤結(jié)構(gòu)、持水性、穩(wěn)定性、緩沖性及生物多樣性等，影響著土壤中其他營養(yǎng)元素的可利用狀態(tài)和土壤的肥力及植物的生長[24]。整體上蘭州市的土壤偏堿性并且有機(jī)質(zhì)含量較低，且兩者呈負(fù)相關(guān)，這是由于有機(jī)質(zhì)在分解過程中產(chǎn)生單寧、有機(jī)酸多，導(dǎo)致pH值下降，這和呂世麗等人的研究結(jié)果相吻合[25]。土壤中速效磷和速效鉀含量較高，這和甘肅省的土壤普查結(jié)果相吻合[26]。原因除了施肥管理不到位以外，與城市的清掃行為和道路擴(kuò)建與過度鋪裝等也有密切關(guān)系。

葉片和土壤中各元素含量并不是孤立存在的，它們存在著相互協(xié)同作用，甚至有的會發(fā)生拮抗作用[27-28]。樹體中的水分和營養(yǎng)供給主要來源于土壤，蘭州市土壤pH值較高，從而使土壤吸收轉(zhuǎn)運到葉片的營養(yǎng)元素的含量減少，因此土壤pH值與這些礦質(zhì)元素在葉片中的含量呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，這與王莉莉研究結(jié)果一致[29]。七葉樹葉片中全N、全P和全K含量均與土壤交換性Ca含量顯著正相關(guān)，可見土壤中Ca元素的不足會導(dǎo)致其葉片營養(yǎng)元素含量低的狀況。

4 結(jié)論

蘭州市七葉樹葉片營養(yǎng)元素夏季高于秋季，立地土壤pH值偏高，有機(jī)質(zhì)、水解N、交換性Mg、有效Cu和有效Fe的含量較低；葉片營養(yǎng)元素含量和立地土壤狀況在夏秋季的差異性不盡相同。因此，在養(yǎng)護(hù)管理時，可以在樹穴中埋入PVC管，以此為媒介，在生長季結(jié)合澆水往管里灌氮磷比例高的有機(jī)肥溶液或復(fù)合肥，使其更好的發(fā)揮肥力效應(yīng)，以便增加土壤養(yǎng)分含量，來滿足植物生長需求。